JP2020073284A - Laser cutting processing method of plated steel sheet - Google Patents

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Hideo Hara
英夫 原
正典 上原
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正典 上原
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Abstract

To provide a cutting method in which a plating layer-containing metal on a molten top surface flows to a cutting surface when a plated steel sheet is cut by a fiber laser.SOLUTION: There is provided a laser cutting processing method for a plated steel sheet, in which a plating layer-containing metal on the top surface that has been melted and/or evaporated by laser irradiation flows to a cutting surface of the plated steel sheet by an assist gas or auxiliary gas blown into a laser cutting area when a laser beam with a wavelength of 1 μm band is irradiated to the top surface of the plated steel sheet for laser cutting, and the plating layer-containing metal is coated on the cutting surface. The beam profile of the laser beam includes a range of the Rayleigh length of 1.443 mm to 3.228 mm in a range of the focusing diameter of 0.142 mm to 0.206 mm.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、波長が1μm帯のレーザ光によるZn系めっき鋼板のレーザ切断加工方法に関する。さらに詳細には、例えばファイバーレーザによってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う際に、レーザ光の照射によって溶融及び/又は蒸発された上面のメッキ層含有金属を、アシストガスによって切断面へ流動し、この流動したメッキ層含有金属によって切断面を被覆するレーザ切断加工方法に関する。   The present invention relates to a laser cutting method for a Zn-based plated steel sheet with a laser beam having a wavelength of 1 μm band. More specifically, for example, when performing laser cutting processing of a plated steel sheet with a fiber laser, the plating layer-containing metal on the upper surface melted and / or evaporated by irradiation of laser light is flowed to the cutting surface by an assist gas, The present invention relates to a laser cutting method for coating a cut surface with a metal containing a fluidized plating layer.

従来、Zn系めっき鋼板を切断すると、切断面に地鉄が露出し赤錆(以下、錆と称す)が発生し易いという問題がある。そこで、めっき鋼板の切断加工時に、めっき鋼板の上面におけるめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面に亜鉛付着面を形成して、錆の発生を抑制することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, when a Zn-based plated steel sheet is cut, there is a problem that the base metal is exposed on the cut surface and red rust (hereinafter referred to as rust) is likely to occur. Therefore, it has been proposed to guide a part of the plating layer on the upper surface of the plated steel sheet to the cut surface and form a zinc adhesion surface on the cut surface to suppress the occurrence of rust during cutting of the plated steel sheet. (For example, refer to Patent Document 1).

また、Zn系めっき鋼板を、COレーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザ等のレーザ光によって切断し、切断面の錆の発生を抑制することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, it has been proposed to cut a Zn-based plated steel sheet with a laser beam such as a CO 2 laser, a YAG laser, or a fiber laser to suppress the generation of rust on the cut surface (see, for example, Patent Document 2).

特開2009−287082号公報JP, 2009-287082, A 特開2014−237141号公報JP, 2014-237141, A

前記特許文献1に記載の構成は、ダイとポンチによってめっき鋼板の切断加工を行う際に、ダイとポンチとの間のクリアランスを調節して、めっき鋼板の表面にめっきされたZnを端面に流入する構成である。したがって、特許文献1の記載は、めっき鋼板におけるめっきの一部を切断面に誘導することにより、錆の発生を抑制できることを示唆している。   The structure described in Patent Document 1 adjusts the clearance between the die and the punch when cutting the plated steel sheet with the die and the punch, and causes Zn plated on the surface of the plated steel sheet to flow into the end surface. It is a configuration that does. Therefore, the description of Patent Document 1 suggests that the generation of rust can be suppressed by guiding a part of the plating in the plated steel sheet to the cut surface.

しかし、ポンチとダイによるめっき鋼板の切断加工では、例えば、複雑な曲線に沿っての切断加工が難しい。また、切断面の全面をめっきの一部によって被覆することは難しいものである。   However, it is difficult to cut a plated steel sheet with a punch and a die, for example, along a complicated curve. Further, it is difficult to cover the entire cut surface with a part of plating.

前記特許文献2には、Zn系めっき鋼板をレーザ切断加工する際に、アシストガスとして酸素を使用している。そして、めっき鋼板の切断加工時には、前記アシストガスは溶融しためっき鋼板を吹き飛ばす役目と、酸化反応による熱で溶断し易くすると共に、切断端面に酸化被膜を形成して切断面の防錆能力の低下を抑制するものである。   In Patent Document 2, oxygen is used as an assist gas when laser cutting a Zn-based plated steel sheet. When the coated steel sheet is cut, the assist gas blows away the molten coated steel sheet and facilitates melting by the heat of the oxidation reaction, and an oxide film is formed on the cut end surface to reduce the rust preventive ability of the cut surface. Is to suppress.

すなわち、特許文献2に記載の構成は、めっき鋼板のレーザ切断加工した切断端面の全域に酸化被膜を形成して、赤錆の発生時期を遅くしようとするものである。したがって、特許文献2は、めっき鋼板のレーザ切断加工時に、上面の溶融しためっきを切断面へ誘導して、切断面をめっきの一部によって被覆しようとする構成ではない。   That is, the configuration described in Patent Document 2 is intended to delay the generation time of red rust by forming an oxide film on the entire cut end surface of the plated steel sheet obtained by laser cutting. Therefore, Patent Document 2 is not a configuration in which the molten plating on the upper surface is guided to the cut surface and the cut surface is covered with a part of the plating during laser cutting of the plated steel sheet.

そこで、本発明は、Zn系めっき鋼板を、例えばファイバーレーザによって切断加工を行う際、表面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面をメッキ層含有金属によって被覆することを目的とするものである。   Therefore, the present invention aims to guide a part of the plating layer on the surface to the cut surface and cover the cut surface with the plating layer-containing metal when the Zn-based plated steel sheet is cut by a fiber laser, for example. It is what

本発明は、Zn系めっき鋼板をファイバーレーザによって切断加工を行う際、表面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面をめっき層含有金属によって被覆するための、めっき鋼板のレーザ切断加工方法であって、波長が1μm帯のレーザ光を、めっき鋼板の上面へ照射してレーザ切断加工を行う際、レーザ光の照射によって溶融及び/又は蒸発された上面のめっき層含有金属を、レーザ切断加工部へ噴出されるアシストガス又は補助ガスによって、めっき鋼板の切断面へ流動して、前記切断面にめっき層含有金属を被覆するために、前記レーザ光は、集光径が0.142mm〜0.206mmの範囲で、レイリー長が1.443mm〜3.228mmの範囲のビームプロファイルのレーザ光である。   The present invention, when performing a cutting process of a Zn-based plated steel sheet by a fiber laser, a part of the plating layer on the surface is guided to the cut surface, and the laser of the plated steel sheet for coating the cut surface with the plating layer-containing metal. A method of cutting, which comprises irradiating the upper surface of a plated steel sheet with laser light having a wavelength of 1 μm to perform laser cutting processing, wherein the plating layer-containing metal on the upper surface melted and / or evaporated by the irradiation of laser light is used. Since the assist gas or the auxiliary gas jetted to the laser cutting portion flows to the cut surface of the plated steel sheet and coats the plating layer-containing metal on the cut surface, the laser light has a focused diameter of 0. The laser light has a beam profile with a Rayleigh length of 1.443 mm to 3.228 mm in a range of 0.142 mm to 0.206 mm.

本発明によれば、波長が1μm帯のレーザ光によってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う際、めっき鋼板の上面におけるめっき層の一部を溶融及び/又は蒸発し、アシストガスによってめっき層含有金属を切断面に誘導して、切断面をめっき層の一部によって被覆することができる。   According to the present invention, when performing laser cutting of a plated steel sheet with a laser beam having a wavelength of 1 μm band, a part of the plated layer on the upper surface of the plated steel sheet is melted and / or evaporated, and the metal containing the plated layer is removed by an assist gas. The cutting surface can be guided to the cutting surface and covered with a part of the plating layer.

ファイバーレーザの標準加工条件でもってめっき鋼板を切断加工して暴露試験を行った結果と、ファイバーレーザのビームプロファイルを変更してめっき鋼板の切断加工を行い、暴露試験を行った結果とを比較した説明図である。The result of the exposure test after cutting the coated steel sheet under the standard processing conditions of the fiber laser was compared with the result of the exposure test after cutting the coated steel sheet by changing the beam profile of the fiber laser. FIG. 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を概念的、概略的に示した機能ブロック図である。It is a functional block diagram which showed notionally and roughly the structure of the laser processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. レンズ入射ビーム径Dを調節することにより、レーザ光のビームプロファイルを調節できることを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the beam profile of a laser beam can be adjusted by adjusting the lens incident beam diameter D. レーザ光のビームプロファイルを知ることができると、ビームの広がり角θを知ることができる説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram in which the beam divergence angle θ can be known if the beam profile of the laser light can be known. ファイバーレーザのビームプロファイルを変更してめっき鋼板のレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having exposed the exposure test which laser-cutted the plated steel plate by changing the beam profile of a fiber laser. ワーク上面とワーク下面でビーム径が異なる説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram in which the beam diameter is different between the work upper surface and the work lower surface. レーザビームの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a laser beam. 暴露試験の評価についての説明図である。It is explanatory drawing about evaluation of an exposure test. ノズル径別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by nozzle diameter. ノズル径別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by nozzle diameter. ノズル径別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by nozzle diameter. 図9〜11に示した暴露試験の結果をまとめた説明図である。It is explanatory drawing which put together the result of the exposure test shown in FIGS. アシストガス圧別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by assist gas pressure classification. アシストガス圧別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by assist gas pressure classification. アシストガス圧別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by assist gas pressure classification. 図13〜15に示した暴露試験の結果をまとめた説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram summarizing the results of the exposure test shown in FIGS. ノズルギャップ別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test according to a nozzle gap. ノズルギャップ別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test according to a nozzle gap. ノズルギャップ別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test according to a nozzle gap. 図17〜19に示した暴露試験の結果をまとめた説明図である。It is explanatory drawing which put together the result of the exposure test shown in FIGS. 焦点位置別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by focus position. 焦点位置別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by focus position. 焦点位置別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by focus position. 図22〜24に示した暴露試験の結果をまとめた説明図である。It is explanatory drawing which put together the result of the exposure test shown in FIGS. 焦点位置により切断溝の幅が変化し防錆効果が異なることを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the width of a cutting groove changes according to a focus position, and a rust prevention effect differs. 加工速度別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by processing speed. 加工速度別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by processing speed. 加工速度別による暴露試験の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the exposure test by processing speed. 図26〜28に示した暴露試験の結果をまとめた説明図である。It is explanatory drawing which put together the result of the exposure test shown in FIGS. 望ましいレーザ加工ヘッドの構成を概念的、概略的に示した説明図である。It is an explanatory view showing the composition of a desirable laser processing head notionally and roughly.

ところで、前記特許文献1では、めっき鋼板の切断加工時に、めっき鋼板における上面のめっき層における一部を切断面へ誘導し、切断面をめっき層の一部によって被覆することにより、切断面における錆の発生を抑制することができる。   By the way, in the said patent document 1, at the time of the cutting process of a plated steel plate, a part of plating layer of the upper surface in a plated steel plate is guide | induced to a cut surface, and a cut surface is covered with a part of plating layer. Can be suppressed.

そこで、ファイバーレーザによってZn系めっき鋼板のレーザ切断加工を行った場合に、上面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面を被覆できるか否かの試験を行った。試験条件は次のとおりである。   Therefore, when laser cutting a Zn-based plated steel sheet with a fiber laser, a part of the plating layer on the upper surface was guided to the cut surface to test whether or not the cut surface could be covered. The test conditions are as follows.

レーザ加工機:株式会社アマダ製
FOL−AJ4000
レーザ出力:4KW
材料:アルミニウム6%,マグネシウム3%,残り亜鉛91%のめっきを表面に被覆
しためっき鋼板、板厚t=3.2mm K35(片側めっき付着量175g/

切断サンプル形状:90mm×20mm
標準加工条件(板厚t=3.2mmの鋼板をレーザ切断加工する場合の条件)
・ノズル直径:S2.0(2.0mm)
・切断速度:F7000(7000mm/min)
・アシストガス:窒素ガス
・アシストガス圧:1.7MPa
・ノズルギャップ:0.3mm(めっき鋼板の上面とノズル下端部との間隙)
・焦点位置:0.0mm(ワーク上面を0として、上側を+、下側を−としている)
・集光径0.151mm、レイリー長1.688mm
Laser processing machine: Made by Amada Co., Ltd.
FOL-AJ4000
Laser power: 4KW
Material: 6% aluminum, 3% magnesium, 91% zinc remaining coated on the surface of the plated steel sheet, plate thickness t = 3.2 mm K35 (plating weight on one side 175 g /
m 2 )
Cutting sample shape: 90mm x 20mm
Standard processing conditions (conditions for laser cutting a steel plate with a plate thickness t = 3.2 mm)
・ Nozzle diameter: S2.0 (2.0 mm)
・ Cutting speed: F7000 (7000 mm / min)
・ Assist gas: Nitrogen gas ・ Assist gas pressure: 1.7 MPa
-Nozzle gap: 0.3 mm (gap between the upper surface of the plated steel sheet and the lower end of the nozzle)
・ Focal position: 0.0 mm (0 is the top surface of the workpiece, + is the upper side, and − is the lower side)
・ Condensing diameter 0.151mm, Rayleigh length 1.688mm

上記の標準加工条件で、ファイバーレーザによってレーザ切断加工を行った。そして、4週間に亘って暴露試験を行った。暴露試験の結果は、図1(A)に示すとおりであった。図1(A)から明らかなように、2週間後には、切断面に僅かな赤錆の発生が見られた。そして、時間経過と共に赤錆の発生が多くなり、4週間後には、赤錆の発生が多く見られた。   Laser cutting was performed with a fiber laser under the standard processing conditions described above. Then, an exposure test was conducted for 4 weeks. The result of the exposure test was as shown in FIG. As is clear from FIG. 1 (A), slight red rust was observed on the cut surface after 2 weeks. Then, with the passage of time, the occurrence of red rust increased, and after 4 weeks, the occurrence of red rust was observed.

既に理解されるように、ファイバーレーザによってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う場合、鋼板のレーザ切断加工を行う標準加工条件の加工条件であっては、上面のめっき層の一部を切断面へ誘導して切断面を被覆して防錆効果が見られた。またさらなる防錆効果を期待されるものである。   As already understood, when performing laser cutting of a plated steel sheet with a fiber laser, a part of the plating layer on the upper surface is guided to the cut surface under the standard processing conditions for laser cutting the steel sheet. Then, the cut surface was covered and a rust preventive effect was observed. Further, further anticorrosion effect is expected.

そこで、ファイバーレーザにおけるビームプロファイルである集光径及びレイリー長を種々変更してレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った。例えば集光径を0.183mm、レイリー長を2.178mmに調節してレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った際には、図1(B)に示すように、4週間後でも、赤錆の発生は見られず、標準加工条件よりさらに良い防錆効果が認められた。そこで、集光径とレイリー長を調節することに加え、種々の加工条件を変更することによりさらにめっき鋼板における上面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面を被覆し得ることを見出した。   Therefore, an exposure test was conducted by performing laser cutting processing while changing the converging diameter and the Rayleigh length, which are the beam profile of the fiber laser. For example, when a laser cutting process was performed by adjusting the condensing diameter to 0.183 mm and the Rayleigh length to 2.178 mm, and an exposure test was performed, red rust was observed even after 4 weeks, as shown in FIG. 1 (B). No occurrence of corrosion was observed, and a better rustproofing effect than the standard processing conditions was recognized. Therefore, in addition to adjusting the condensing diameter and Rayleigh length, by changing various processing conditions, it is possible to further guide a part of the plating layer on the upper surface of the plated steel sheet to the cut surface to cover the cut surface. Found.

本発明は、上記知見に基づくものである。   The present invention is based on the above findings.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置1は、板状のワークWを支持するワークテーブル3を備えると共に、前記ワークWにレーザ光LBを照射してワークWのレーザ切断加工を行うためのレーザ加工ヘッド5を備えている。前記ワークテーブル3は、前記レーザ加工ヘッド5に対して相対的にX,Y軸方向へ移動自在に備えられており、このワークテーブル3を相対的にX,Y軸方向へ移動位置決めするためのサーボモータなどのごとき位置決めモータ7が備えられている。さらに、前記ワークWに対して相対的に接近離反する方向(Z軸方向)へ前記レーザ加工ヘッド5を移動位置決めするZ軸モータ9が備えられている。   Referring to FIG. 2, a laser processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a work table 3 that supports a plate-shaped work W, and irradiates the work W with a laser beam LB to laser the work W. A laser processing head 5 for performing cutting processing is provided. The work table 3 is provided so as to be movable in the X and Y axis directions relative to the laser processing head 5, and is used for moving and positioning the work table 3 in the X and Y axis directions. A positioning motor 7 such as a servo motor is provided. Further, a Z-axis motor 9 for moving and positioning the laser processing head 5 in a direction (Z-axis direction) relatively approaching and separating from the work W is provided.

また、前記レーザ加工装置1には、例えばファイバーレーザ発振器やDDL発振器やディスクレーザ発振器やYAGレーザ発振器などのごとくレーザ光(波長1μm帯のレーザ光)を発振するレーザ発振器11が備えられている。そして、レーザ発振器11とレーザ加工ヘッド5は、伝送ファイバー13によって接続してある。前記レーザ加工ヘッド5には、前記伝送ファイバー13から出射されたレーザ光LBを平行光線化、発散光化、収束光化するためのCFレンズ(コリメートレンズ)15が光軸に沿う方向に移動位置決め自在に備えられている共に、CFレンズ15を光軸方向に移動調節するためのアクチュエータ17が備えられている。   Further, the laser processing apparatus 1 is provided with a laser oscillator 11 that oscillates laser light (laser light in a wavelength band of 1 μm), such as a fiber laser oscillator, a DDL oscillator, a disk laser oscillator, or a YAG laser oscillator. The laser oscillator 11 and the laser processing head 5 are connected by a transmission fiber 13. On the laser processing head 5, a CF lens (collimate lens) 15 for collimating, diverging, and converging the laser light LB emitted from the transmission fiber 13 is moved and positioned in a direction along the optical axis. The actuator 17 is freely provided and also has an actuator 17 for moving and adjusting the CF lens 15 in the optical axis direction.

さらに、レーザ加工ヘッド5には、前記CFレンズ15を透過したレーザ光LBを集光レンズ19へ反射するAOミラー(曲率可変ミラー)21が備えられている。このAOミラー21は、エアなどの圧力を加圧手段21Aに付与することによって、反射面の曲率を変更することが可能である。したがって、反射光を、発散光化、平行光線化、収束光化できるものである。   Further, the laser processing head 5 is provided with an AO mirror (curvature variable mirror) 21 that reflects the laser light LB transmitted through the CF lens 15 to the condenser lens 19. The AO mirror 21 can change the curvature of the reflecting surface by applying pressure such as air to the pressurizing means 21A. Therefore, the reflected light can be converted into divergent light, parallel light, and convergent light.

既に理解されるように、前記CFレンズ15の位置及び/又は前記AOミラー21の曲率を調節することにより、集光レンズ19に対するレーザ光LBの入射ビーム径を調節することができる。換言すれば、レーザ光LBのレイリー長や集光径を調節できることになる。   As already understood, by adjusting the position of the CF lens 15 and / or the curvature of the AO mirror 21, the incident beam diameter of the laser beam LB to the condenser lens 19 can be adjusted. In other words, it is possible to adjust the Rayleigh length and the focused diameter of the laser light LB.

また、前記レーザ加工ヘッド5には、ワークWのレーザ加工位置へアシストガスを噴出するノズル23が備えられている。   Further, the laser processing head 5 is provided with a nozzle 23 for ejecting an assist gas to the laser processing position of the work W.

ところで、レーザ切断加工位置へアシストガスを噴出する構成としては、レーザ加工ヘッド5にサイドノズルを備え、このサイドノズルからアシストガスをレーザ加工部へ噴出する構成とすることも可能である。   Incidentally, as a configuration for ejecting the assist gas to the laser cutting processing position, it is also possible to provide the laser processing head 5 with a side nozzle and eject the assist gas from the side nozzle to the laser processing section.

さらに、前記レーザ切断加工装置1には、アシストガス供給装置25が備えられている。窒素ガス供給装置27及びレーザ加工ヘッド5へ供給するアシストガスの圧力を調節するための圧力調節弁33が備えられている。よって、窒素ガス供給装置27、圧力調整弁33を稼働させると窒素ガスをアシストガスとして加工部へ供給することができる。   Further, the laser cutting processing apparatus 1 is provided with an assist gas supply device 25. A pressure adjusting valve 33 for adjusting the pressure of the assist gas supplied to the nitrogen gas supply device 27 and the laser processing head 5 is provided. Therefore, by operating the nitrogen gas supply device 27 and the pressure adjusting valve 33, nitrogen gas can be supplied to the processing section as an assist gas.

またこのアシストガス供給装置25は、例えば窒素ガス約97%、酸素ガス約3%の混合ガスを供給することも可能で、窒素ガス供給装置27の窒素ガスと、酸素ガス供給源(空気供給源)29の酸素又は空気を所定量混合して混合ガスを生成するミキサー31が備えられている。よって、ガスミキサー31と圧力調整弁33を稼働させると、所定の濃度の混合ガスをアシストガスとして加工部へ供給することができる。   Further, the assist gas supply device 25 can also supply a mixed gas of, for example, about 97% nitrogen gas and about 3% oxygen gas, and the nitrogen gas of the nitrogen gas supply device 27 and an oxygen gas supply source (air supply source). ) 29 is provided with a mixer 31 for mixing a predetermined amount of oxygen or air to generate a mixed gas. Therefore, when the gas mixer 31 and the pressure adjusting valve 33 are operated, a mixed gas having a predetermined concentration can be supplied as an assist gas to the processing section.

ところで、窒素ガス約97%、酸素ガス約3%の混合ガスをアシストガスとしてレーザ加工部へ供給する構成としては、前述した構成に限ることなく、別個の構成とすることも可能である。すなわち、例えば特許第3291125号公報に記載されているように、中空糸膜を利用した分離装置によって、供給された圧縮空気中の窒素と酸素とを分離することも可能である。   By the way, the structure for supplying a mixed gas of about 97% nitrogen gas and about 3% oxygen gas as an assist gas to the laser processing section is not limited to the above-described structure, but may be a separate structure. That is, for example, as described in Japanese Patent No. 3291125, it is possible to separate nitrogen and oxygen in the supplied compressed air by a separation device using a hollow fiber membrane.

また、前記レーザ切断加工装置1には、制御装置35が備えられている。この制御装置35は、コンピュータから構成してあって、前記ワークWに対する前記レーザ加工ヘッド5の相対的な移動位置決めの制御を行う機能、前記レーザ発振器11におけるレーザ出力の制御及び前記レーザ加工ヘッド5に対するアシストガスの供給圧力を制御する機能を有するものである。   Further, the laser cutting processing device 1 is provided with a control device 35. The control device 35 is composed of a computer and has a function of controlling relative movement and positioning of the laser processing head 5 with respect to the work W, control of laser output in the laser oscillator 11, and the laser processing head 5. It has a function of controlling the supply pressure of the assist gas to the.

さらに、制御装置35は、前記CFレンズ15の位置及びAOミラー21における反射面の曲率を調節する機能を有するものである。したがって、前記CFレンズ15の位置及びAOミラー21の曲率を個別に、又は同時に調節することにより、ワークWを切断加工する際の集光径及びレイリー長(ビームプロファイル)を調節することができるものである。   Further, the control device 35 has a function of adjusting the position of the CF lens 15 and the curvature of the reflecting surface of the AO mirror 21. Therefore, by adjusting the position of the CF lens 15 and the curvature of the AO mirror 21 individually or simultaneously, it is possible to adjust the condensing diameter and the Rayleigh length (beam profile) when cutting the work W. Is.

前記構成により、ワークテーブル3上にワークWを載置位置決めした後、ワークWに対してレーザ加工ヘッド5をX,Y,Z軸方向へ相対的に移動位置決めする。また、CFレンズ15の位置及び/又はAOミラー21の曲率を調節し、集光レンズ19に対する入射ビーム径を調節してレーザビームLBのビームプロファイルを調節する。そして、レーザ光LBを集光レンズ19によって集光してワークWへ照射する。さらに、アシストガス供給装置25からレーザ加工ヘッド5に供給されたアシストガスをノズル23からワークWのレーザ加工部へ噴出することにより、ワークWのレーザ切断加工が行われる。   With the above configuration, after the work W is placed and positioned on the work table 3, the laser processing head 5 is moved and positioned relative to the work W in the X-, Y-, and Z-axis directions. Further, the position of the CF lens 15 and / or the curvature of the AO mirror 21 is adjusted, the incident beam diameter with respect to the condenser lens 19 is adjusted, and the beam profile of the laser beam LB is adjusted. Then, the laser light LB is condensed by the condensing lens 19 and is applied to the work W. Furthermore, the assist gas supplied from the assist gas supply device 25 to the laser processing head 5 is ejected from the nozzle 23 to the laser processing portion of the work W, whereby the laser cutting processing of the work W is performed.

本発明の実施形態は、ファイバーレーザによってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う際に、ビームプロファイルを適正なビームプロファイルとすることにより、めっき鋼板の上面のめっき層の溶融及び/又は蒸発を行うことにより、溶融及び/又は蒸発されためっき層含有金属を切断面へ流動することができ、かつ流動しためっき層含有金属によって切断面を被覆することができることを見出したものである。   The embodiment of the present invention, when performing the laser cutting processing of the plated steel sheet by the fiber laser, by making the beam profile a proper beam profile, by melting and / or vaporizing the plating layer on the upper surface of the plated steel sheet. It has been found that the molten and / or evaporated plating layer-containing metal can flow to the cut surface, and the cut surface can be covered with the fluidized plating layer-containing metal.

ところで、レーザ光のビームプロファイルについて、図3に示すように、集光レンズ19に対するレーザ光LBの入射ビーム径をD、集光径(ビームの直径)をdoとすると、ビームが最小に絞られたビームウエスト位置でのビーム径である集光径doは次式で与えられる。   By the way, regarding the beam profile of the laser light, as shown in FIG. 3, when the incident beam diameter of the laser light LB with respect to the condenser lens 19 is D and the condensing diameter (beam diameter) is do, the beam is narrowed to the minimum. The condensing diameter do which is the beam diameter at the beam waist position is given by the following equation.

また、図3では、ビームウエスト位置の集光径do(直径)に対してビームが√2×doまで広がる光軸方向の距離がレイリー長Zrの2倍の2Zrであることが示されている。レイリー長Zrは焦点深度ともいい、次式で与えられる。   Further, FIG. 3 shows that the distance in the optical axis direction in which the beam spreads up to √2 × do with respect to the condensing diameter do (diameter) at the beam waist position is 2Zr which is twice the Rayleigh length Zr. .. The Rayleigh length Zr is also called the depth of focus and is given by the following equation.

ただし、λは光の波長、fはレンズの焦点距離、Dは集光レンズ19に対する入射ビーム径、M,BPPはビーム品質である。 Here, λ is the wavelength of light, f is the focal length of the lens, D is the incident beam diameter with respect to the condenser lens 19, and M 2 and BPP are beam qualities.

式(1)から明らかなように、入射ビーム径Dを調節することにより集光径doを調節することができる。また、集光径doを調節することにより、レイリー長Zrを調節することができる。   As is clear from the equation (1), the condensing diameter do can be adjusted by adjusting the incident beam diameter D. Further, the Rayleigh length Zr can be adjusted by adjusting the light collecting diameter do.

ここで、前記CFレンズ15の位置を調節することにより、CFレンズ15を透過したレーザ光LBを、発散光、平行光、集束光にそれぞれ調節することができる。また、前記AOミラー21においては、反射面を凸面に調節することにより、入射された平行光を、発散光として反射することができる。また、反射面を平面、凹面にそれぞれ調節することにより、入射された平行光を、平行光、収束光として反射することができる。   Here, by adjusting the position of the CF lens 15, the laser light LB transmitted through the CF lens 15 can be adjusted to divergent light, parallel light, and focused light. Further, in the AO mirror 21, the incident parallel light can be reflected as divergent light by adjusting the reflecting surface to a convex surface. By adjusting the reflecting surface to be a flat surface or a concave surface, the incident parallel light can be reflected as parallel light or convergent light.

すなわち、前記CFレンズ15の位置を調節すること、又は前記AOミラー21の曲率を調節すること、及びCFレンズ15の位置調節とAOミラー21の曲率調節とを組合せることによって、集光レンズ19に対するレーザ光LBのビーム入射径Dを調節することができる。換言すれば、集光径do及びレイリー長Zrを調節してビームプロファイルを調節することができる。   That is, by adjusting the position of the CF lens 15, or adjusting the curvature of the AO mirror 21, and by combining the position adjustment of the CF lens 15 and the curvature adjustment of the AO mirror 21, the condenser lens 19 It is possible to adjust the beam incident diameter D of the laser light LB with respect to. In other words, the beam profile can be adjusted by adjusting the condensing diameter do and the Rayleigh length Zr.

なお、ビームプロファイルの調整手段はCFレンズ15の位置調節及びAOミラー21における反射面の曲率を調節して使用する例を示したが、これに限らず、他の機構を使って集光径又はレイリー長を調整しても良い。   Although the beam profile adjusting means is used by adjusting the position of the CF lens 15 and the curvature of the reflecting surface of the AO mirror 21, the present invention is not limited to this. You may adjust the Rayleigh length.

前述のごとく、レーザ光LBのビームプロファイルを調節して、レーザビームの集光径do及びレイリー長Zrを知ることができると、図4に示すように、レーザ光LBの進行方向に対して直交する方向の側方向から見たビーム形を描画することができる。したがって、図4に示すように、板厚TのワークWの上面WUに焦点位置を合せてレーザ切断加工を行う場合の、ワーク下面WLにおけるビーム径dLを算出することができる。また、描画したビームLBとワーク上面WUとの間の角度、すなわちレーザビームLBの光軸に対するレーザビームLBの一方向への広がり角θを算出することができる。以後、この傾きθを、レーザビームLBの広がり角と称する。   As described above, when the beam diameter of the laser beam LB can be adjusted to know the condensing diameter do and the Rayleigh length Zr of the laser beam, as shown in FIG. 4, it is orthogonal to the traveling direction of the laser beam LB. It is possible to draw the beam shape viewed from the side of the direction. Therefore, as shown in FIG. 4, it is possible to calculate the beam diameter dL on the lower surface WL of the workpiece when the laser cutting processing is performed by focusing on the upper surface WU of the workpiece W having the plate thickness T. Further, the angle between the drawn beam LB and the work upper surface WU, that is, the divergence angle θ in one direction of the laser beam LB with respect to the optical axis of the laser beam LB can be calculated. Hereinafter, this inclination θ is referred to as a divergence angle of the laser beam LB.

既に理解されるように、前記ビームの広がり角θが小さいと、ワークWにおける下面WLにおける切断面WFの間隔(切断溝の幅)は、上面の間隔よりも僅かに大きくなる。そして、前記ビームの広がり角θが次第に大きくなると、ワークWにおける下面WLの切断面WFの間隔(切断溝幅)は次第に大きくなるものである。   As already understood, when the beam divergence angle θ is small, the distance between the cut surfaces WF on the lower surface WL of the work W (width of the cutting groove) is slightly larger than the distance between the upper surfaces. Then, as the beam divergence angle θ gradually increases, the interval (cutting groove width) between the cut surfaces WF of the lower surface WL of the work W gradually increases.

既に理解されるように、レーザビームLBが集光レンズ19に入射されるレンズ入射ビーム径Dを調節すると、集光径doを所望の径とすることができる。そして、集光径doが調節されると、レイリー長Zrが調節される。すなわち、ビームプロファイルが調節されることになる。換言すれば、ビームプロファイルを調節すると、ワーク上面WUに対するレーザビームLBのビームの広がり角θが変化することになる。   As will be understood, by adjusting the lens incident beam diameter D with which the laser beam LB is incident on the condenser lens 19, the condensed diameter do can be set to a desired diameter. Then, when the condensing diameter do is adjusted, the Rayleigh length Zr is adjusted. That is, the beam profile is adjusted. In other words, when the beam profile is adjusted, the beam divergence angle θ of the laser beam LB with respect to the workpiece upper surface WU changes.

そこで、前述の標準加工条件で板厚3.2mmのめっき鋼板をファイバーレーザによって切断加工するに際して使用した、集光径0.151mm、レイリー長1.688mmのビームプロファイルを種々変更してレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った。ここで、加工機は、株式会社アマダ製のFOL−AJ4000を使用し、ビームプロファイル(集光径とレイリー長)は、フォーカスモニターで測定した。暴露試験の実施内容は、図5に示すとおりである。なお、焦点位置はワークの上面(±0.0mm)に設定した。   Therefore, laser cutting processing was performed by variously changing the beam profile with a condensing diameter of 0.151 mm and a Rayleigh length of 1.688 mm, which was used when cutting a plated steel sheet having a plate thickness of 3.2 mm with a fiber laser under the above-described standard processing conditions. Then, an exposure test was conducted. Here, as the processing machine, FOL-AJ4000 manufactured by Amada Co., Ltd. was used, and the beam profile (focus diameter and Rayleigh length) was measured by a focus monitor. The details of the exposure test are shown in FIG. The focal position was set on the upper surface (± 0.0 mm) of the work.

図5(a)より理解されるように、集光径0.135mm、レイリー長1.306mmの場合のサンプルAにおいては、防錆期間としては1週間以内(0週間)であって、良好な防錆効果は認められなかった。集光径0.142mm、レイリー長1.443mmの場合のサンプルBにおいては、防錆期間は1週間であって、防錆効果が認められた。集光径0.151mm、レイリー長1.688mmの場合のサンプルCにおいては、防錆期間としては2週間認められた。集光径0.160mm、レイリー長1.933mmの場合のサンプルDにおいては、防錆期間としては3週間認められた。   As can be seen from FIG. 5 (a), in the sample A having a condensing diameter of 0.135 mm and a Rayleigh length of 1.306 mm, the rust prevention period was within 1 week (0 week), which was favorable. No rust preventive effect was observed. In the case of Sample B having a condensing diameter of 0.142 mm and a Rayleigh length of 1.443 mm, the rust prevention period was one week, and the rust prevention effect was recognized. In sample C having a condensing diameter of 0.151 mm and a Rayleigh length of 1.688 mm, a rust prevention period of 2 weeks was recognized. In sample D having a light collecting diameter of 0.160 mm and a Rayleigh length of 1.933 mm, a rust prevention period of 3 weeks was recognized.

また、集光径0.183mm、レイリー長2.178mmの場合のサンプルEにおいては、防錆期間としては4週間認められた。集光径0.198mm、レイリー長2.998mmの場合のサンプルFにおいては、防錆期間としては3週間認められた。集光径0.206mm、レイリー長3.228mmの場合のサンプルGにおいては、防錆期間としては2週間認められた。集光径0.225mm、レイリー長3.994mmの場合のサンプルHにおいては、防錆期間としては1週間以内(0週間)であった。   Further, in the case of Sample E having a condensing diameter of 0.183 mm and a Rayleigh length of 2.178 mm, a rust prevention period of 4 weeks was recognized. In the sample F having the condensing diameter of 0.198 mm and the Rayleigh length of 2.998 mm, the rust prevention period was recognized as 3 weeks. In the case of Sample G having a condensing diameter of 0.206 mm and a Rayleigh length of 3.228 mm, a rust-prevention period of 2 weeks was recognized. In the sample H in the case where the condensing diameter was 0.225 mm and the Rayleigh length was 3.994 mm, the rust prevention period was within 1 week (0 week).

前記サンプルC〜Gにおいての4週間後の切断面の写真は、図5(c)の(1)〜(5)に示すとおりである。そして、評価したビームプロファイルを示すと、図5(b)に点線で示すとおりである。   The photographs of the cut surfaces of Samples C to G after 4 weeks are as shown in (1) to (5) of FIG. 5 (c). The evaluated beam profile is shown by the dotted line in FIG.

前記サンプルA〜Hの切断試験から理解されるように、レーザ光の集光径とレイリー長を種々変更すると、防錆期間がそれぞれ異なるものである。   As can be understood from the cutting test of the samples A to H, when the condensing diameter of the laser light and the Rayleigh length are variously changed, the rust preventive period is different.

ここで、前記サンプルAのレーザ切断時のビームプロファイルを誇張して示すと、図7(A)に示すように、ワーク上面の集光径は小さく、レイリー長は短いものである。   Here, when the beam profile of the sample A at the time of laser cutting is exaggeratedly shown, as shown in FIG. 7A, the converging diameter on the upper surface of the work is small and the Rayleigh length is short.

また図7(a)に示すように、ワーク上面でのレーザエネルギー密度は高く溶融領域が狭く、溶け込みが深くなり、切断幅近傍にのみ熱が集中することになる。   Further, as shown in FIG. 7A, the laser energy density on the upper surface of the work is high, the melting region is narrow, the penetration is deep, and heat is concentrated only near the cutting width.

すなわち、ワーク上面のめっき成分が溶融及び蒸発する範囲が狭い。   That is, the range in which the plating components on the upper surface of the work melt and evaporate is narrow.

このことは、切断面を覆うのに十分な量の溶融しためっき成分が得ることをできないことを示す。   This indicates that it is not possible to obtain a sufficient amount of molten plating component to cover the cut surface.

また、ワーク上面の集光径が小さいため、ワーク上面での切断幅も狭くなり、アシストガスも切断面に十分に流れてこない。   Further, since the light collecting diameter on the upper surface of the work is small, the cutting width on the upper surface of the work is narrowed, and the assist gas does not sufficiently flow to the cutting surface.

すなわち、溶融しためっき成分がアシストガスの流れによって切断面に十分に流れ込まないことを示している。   That is, it indicates that the molten plating component does not sufficiently flow into the cut surface due to the flow of the assist gas.

以上、ワーク上面の溶融しためっき成分が十分でなく、かつアシストガスも切断面に流れにくいため切断面に溶融しためっき成分が十分回り込むことができず、切断面を溶融しためっき成分で十分に覆うことができない為、防錆効果が低い傾向になると考えられる。なお図7(a)および、下記に説明のある図7(b)、図7(c)に示す図は、それぞれサンプルA、サンプルE、サンプルHのビームプロファイルのレーザ光を、同じ出力で同じ極短時間ワークに照射した時の溶け込み状態を表した断面の写真と、写真の上に示す二重丸はワーク上面からみた各サンプルの溶融領域の大きさの違いを示した図である。   As described above, the molten plating component on the upper surface of the workpiece is not sufficient, and the assist gas does not easily flow to the cutting surface, so the molten plating component cannot sufficiently flow around the cutting surface, and the cutting surface is sufficiently covered with the molten plating component. Therefore, it is considered that the rust prevention effect tends to be low. Note that FIG. 7A and FIGS. 7B and 7C described below show the same output of the laser beams having the beam profiles of Sample A, Sample E, and Sample H, respectively. FIG. 2 is a photograph of a cross-section showing a state of melting when a work is irradiated for an extremely short time, and a double circle shown on the photograph shows a difference in size of a melting region of each sample as seen from the top surface of the work.

サンプルEの場合は、図7(B)に示すように、ワーク上面の集光径はサンプルAの場
合に比較して大きい。またレイリー長はサンプルAの場合より長い。
In the case of the sample E, as shown in FIG. 7B, the light collecting diameter on the upper surface of the work is larger than that of the sample A. The Rayleigh length is longer than that of sample A.

また図7(b)に示すように、ワーク上面でのレーザエネルギー密度はサンプルAよりも低く、溶融領域が広く、溶け込みが浅くなり切断幅近傍から周辺に広く熱が分散する。   As shown in FIG. 7B, the laser energy density on the upper surface of the work is lower than that of the sample A, the melting region is wide, the penetration is shallow, and the heat is widely dispersed from the vicinity of the cutting width to the periphery.

すなわち、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲がサンプルAの場合よりも広くなる。このことは切断面を覆うのに十分なめっき成分が溶融することである。   That is, the melting range of the plating component on the upper surface of the work is wider than that of the sample A. This means that enough plating components will melt to cover the cut surface.

また、ワーク上面の集光径がサンプルAの場合よりも大きいためワーク上面の切断幅も広くなる。これは、サンプルAの場合よりもアシストガスが十分に切断面に流れ込むことを示す。   Further, since the light condensing diameter on the upper surface of the work is larger than that of the sample A, the cutting width of the upper surface of the work becomes wider. This shows that the assist gas flows into the cut surface sufficiently as compared with the case of the sample A.

すなわち、切断面を覆うのに十分な溶融しためっき成分を確保し、なおかつ溶融しためっき成分を切断面に流し込むのに十分なアシストガスが流れるため切断面を溶融しためっき成分で覆うことができ、十分な防錆効果が得ることができる傾向になると考えられる。   That is, it is possible to cover the cut surface with the molten plating component because sufficient molten plating component is secured to cover the cut surface, and yet sufficient assist gas flows to pour the molten plating component into the cut surface, It is considered that a sufficient anticorrosion effect can be obtained.

サンプルHの場合は、図7(C)に示すように、ワーク上面の集光径はサンプルA,Eの場合よりも大きい。   In the case of the sample H, as shown in FIG. 7C, the light collecting diameter on the upper surface of the work is larger than that of the samples A and E.

すなわち、エネルギー密度もサンプルA,Eの場合よりも低くなり切断を行うには多くのエネルギーを注入する必要がある。また図7(c)に示すように、さらに溶融領域が広く、溶け込みがさらに浅くなり材料表面の温度上昇範囲も広くなりワーク上面のめっき成分も多く溶融し切断面を覆うのには十分な量の溶融しためっき成分を確保することができる。   That is, the energy density is lower than that of the samples A and E, and a large amount of energy needs to be injected to perform cutting. Further, as shown in FIG. 7 (c), the melting area is wider, the penetration is shallower, the temperature rise range of the material surface is wider, and the plating component on the upper surface of the work is much melted to cover the cut surface. It is possible to secure the molten plating component of.

しかし、ワーク上面の切断幅が広くレイリー長もサンプルA,Eの場合よりも長いためワーク上面WUからワーク下面WLに対してほぼ同一幅を有する。   However, since the cutting width of the work upper surface is wide and the Rayleigh length is longer than in the cases of the samples A and E, the work upper surface WU and the work lower surface WL have almost the same width.

したがって、ワークW内でのアシストガス流速は、上面から下面に沿って高速を維持された状態であり、溶融しためっき成分が切断面に付着することなく排出されてしまい切断面にめっき成分が十分付着しない。   Therefore, the assist gas flow velocity in the work W is maintained at a high speed from the upper surface to the lower surface, and the molten plating component is discharged without adhering to the cut surface, so that the cut surface has sufficient plating component. Does not adhere.

すなわち、切断面の防錆効果が十分でない状態となる傾向になると考えられる。   That is, it is considered that there is a tendency that the rustproof effect of the cut surface is not sufficient.

よって、めっき鋼板のレーザ切断を行う際に、上面におけるめっきの一部を切断面へ誘導して、誘導された一部のめっきによって切断面を被覆するには、集光径とレイリー長を適正の範囲に設定することが望ましいものである。   Therefore, when performing laser cutting of the plated steel sheet, in order to guide a part of the plating on the upper surface to the cutting surface and cover the cutting surface with the guided part of the plating, the converging diameter and Rayleigh length are appropriate. It is desirable to set in the range of.

前記サンプルA〜Hにおける例えば3.2mmのワークにおける、ワーク上面のビーム径とワーク下面のビーム径との関係を示すと、図6に示すとおりである。同じ集光径の上面ビーム径である曲線A上の点と、下面ビーム径である曲線B上の点とを上下に点線で結んだセットの組合せとなる。   FIG. 6 shows the relationship between the beam diameter of the upper surface of the work and the beam diameter of the lower surface of the work in the work of 3.2 mm in each of the samples A to H, for example. A set of points is formed by connecting a point on the curve A, which is the upper beam diameter of the same converging diameter, and a point on the curve B, which is the lower beam diameter, to each other by connecting them with a dotted line.

そして、防錆期間が2週間以上の範囲を示すと、図6に示すハッチングの範囲となる。ここで、集光径とレイリー長の関係において防錆効果を表に示すと、前述の通り図5(a)に示すとおりである。そして、防錆効果が期待できるであろうと思われる範囲は、図5(b)に示すように防錆期間を1週間より良い範囲とするとサンプルBからサンプルGの範囲となり、3週間を超える防錆期間とするとサンプルDからサンプルFまでの範囲となる。   When the rust prevention period is in the range of 2 weeks or more, the hatching range shown in FIG. 6 is obtained. Here, the rust preventive effect in the relationship between the light collecting diameter and the Rayleigh length is shown in the table as shown in FIG. The range in which the anti-corrosion effect is expected to be expected is the range of Sample B to Sample G when the anti-corrosion period is set to a range better than 1 week as shown in FIG. The rust period is the range from sample D to sample F.

また既に理解されるように、めっき鋼板をファイバーレーザによってレーザ切断する場合、サンプルEである集光径0.183mm、レイリー長2.178mmの前後の条件が最も望ましいものである。そこで、集光径を0.183mm、レイリー長を2.178mmに保持してレーザ切断加工を行うに際し、ノズル径、アシストガス圧、ノズルギャップ、焦点位置及び切断速度の影響の試験を行った。   Moreover, as already understood, when laser cutting a plated steel sheet with a fiber laser, the conditions before and after the condensing diameter of the sample E of 0.183 mm and the Rayleigh length of 2.178 mm are the most desirable. Therefore, when performing laser cutting processing while keeping the condensing diameter at 0.183 mm and the Rayleigh length at 2.178 mm, the influence of the nozzle diameter, the assist gas pressure, the nozzle gap, the focus position, and the cutting speed was tested.

試験機:アマダ製 FOL−AJ4000
レーザ出力:4KW
暴露試験期間:12週間
Testing machine: Amada FOL-AJ4000
Laser power: 4KW
Exposure test period: 12 weeks

なお、レーザ出力4KWであるが、出力が変化すると、加工速度範囲も出力に比例して変化する。例えばレーザ出力が高くなると、加工可能な加工速度範囲も速くなる傾向となる。   Although the laser output is 4 KW, when the output changes, the processing speed range also changes in proportion to the output. For example, as the laser output becomes higher, the processing speed range that can be processed tends to become faster.

防錆効果の評価については、図8に示すように、サンプルの切断面における中央部付近の70mmの範囲を20等分し、赤錆の発生している部分(四角で囲った部分)をカウントして評価を行った。図8(A)は錆の発生箇所は1箇所で10%以下、図8(B)は4箇所で20%(25%以下)、図8(C)は9箇所で45%(50%以下)、図8(D)は17箇所で、85%(51%以上)である。そして、本実施形態の場合においては、10%以下の場合を「良品」とした。   For the evaluation of the rust preventive effect, as shown in FIG. 8, a 70 mm range near the central portion of the cut surface of the sample was divided into 20 equal parts, and the portion where red rust had occurred (the portion surrounded by a square) was counted. And evaluated. In FIG. 8 (A), rust is generated in one place at 10% or less, in FIG. 8 (B) at four places at 20% (25% or less), and in FIG. 8 (C) at nine places 45% (50% or less). ), FIG. 8 (D) shows 85% (51% or more) at 17 locations. Then, in the case of the present embodiment, the case of 10% or less is defined as “non-defective product”.

次に、板厚t=2.3mm,t=3.2mm,t=4.5mmのみが異なるめっき鋼板を、ノズル径2.0mm〜7.0mmの範囲においてレーザ切断加工を行った。そして、12週間の暴露試験を行った結果は、図9〜図11に示すとおりであった。なお図9〜図11に示すものは、数多くの暴露試験結果の中らから代表的な試験結果を示しており、赤錆の進行の変化も分かるように4週間の暴露試験結果も併せて表示している。図8で説明したように赤錆が発生している部分を四角で囲っている。なお、以下図13〜図15、図17〜図19、図21〜図23及び図26〜図28も同様である。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の変化に応じて適正な加工速度(F:10000mm/minなど)およびアシストガス圧にて加工を行った。そして、図9〜図11に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図12に示すとおりであった。   Next, the laser cutting processing was performed on the plated steel sheets that differed only in the plate thickness t = 2.3 mm, t = 3.2 mm, and t = 4.5 mm in the nozzle diameter range of 2.0 mm to 7.0 mm. The results of the 12-week exposure test were as shown in FIGS. 9 to 11. 9 to 11 show typical test results from a large number of exposure test results, and the 4 week exposure test results are also displayed so that changes in the progress of red rust can be seen. ing. As described with reference to FIG. 8, the portion where the red rust is generated is surrounded by a square. The same applies to FIGS. 13 to 15, 17 to 19, FIGS. 21 to 23, and 26 to 28. The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and the processing was performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.) and assist gas pressure according to the change in the plate thickness to be processed. Then, the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 9 to 11 and other results of the exposure test is shown in a graph as shown in FIG.

図12から明らかなように、ノズル径が大きくなるに従って、錆の発生が10%以下の割合が多くなるものである。   As is clear from FIG. 12, as the nozzle diameter increases, the proportion of rust generation of 10% or less increases.

すなわち、板厚t=2.3mmの場合は、ノズル径が2.0mmになると、錆の発生が10%以下の割合が約60%以上となる。そして、ノズル径が2.3mm以上になると、80%以上になる。したがって、ノズル径は大きい方が望ましいものである。同様に、図12から明らかなように、板厚t=3.2mmの場合は、ノズル径が3.8mmになると、錆の発生が10%以下の割合が約60%以上となる。そして、ノズル径が6.2mm以上になると、80%以上になる。板厚t=4.5mmの場合にも、ノズル径が4.8mmになると、錆の発生が10%以下の割合が約60%以上となる。そして、ノズル径が6.9mm以上になると、80%以上になる。ノズル径は大きい方が望ましいものである。   That is, in the case of the plate thickness t = 2.3 mm, when the nozzle diameter is 2.0 mm, the ratio of rust generation of 10% or less is about 60% or more. And, when the nozzle diameter is 2.3 mm or more, it is 80% or more. Therefore, it is desirable that the nozzle diameter is large. Similarly, as is clear from FIG. 12, in the case of the plate thickness t = 3.2 mm, when the nozzle diameter is 3.8 mm, the ratio of rust generation of 10% or less is about 60% or more. When the nozzle diameter is 6.2 mm or more, it is 80% or more. Even when the plate thickness t = 4.5 mm, when the nozzle diameter is 4.8 mm, the rate of rust generation of 10% or less is about 60% or more. When the nozzle diameter is 6.9 mm or more, it is 80% or more. A larger nozzle diameter is desirable.

次に、アシストガス圧を0.4MPa〜2.0MPaの範囲においてレーザ切断加工を行い、12週間の暴露試験を行った結果は、図13〜図15に代表的な試験結果を示すとおりであった。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の変化に応じて適正な加工速度(F:10000mm/minなど)およびノズル径にて加工を行った。そして、図13〜図15に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図16に示すとおりである。   Next, laser cutting processing was performed in the range of an assist gas pressure of 0.4 MPa to 2.0 MPa, and an exposure test for 12 weeks was performed. The results are shown in FIG. 13 to FIG. It was The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and the processing was performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.) and a nozzle diameter according to the change in the plate thickness to be processed. FIG. 16 is a graph showing the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 13 to 15 and the other exposure test results.

図16より明らかなように、錆の発生が10%以下の割合を60%以上とすると、板厚t=2.3mmの場合には1.5MPa以下、板厚t=3.2mmの場合には、1.75MPa以下、板厚t=4.5mmの場合には、1.98MPa以下であることが望ましいものである。同様に図16から明らかなように、錆の発生が10%以下の割合を80%以上とすると、板厚t=2.3mmの場合には1.13MPa以下、板厚t=3.2mmの場合には、1.47MPa以下、板厚t=4.5mmの場合には、1.78MPa以下であることが望ましいものである。したがって、アシストガス圧は高すぎない方が望ましいものであると考えられる。   As is clear from FIG. 16, when the rate of rust generation of 10% or less is 60% or more, 1.5 MPa or less when the plate thickness t = 2.3 mm, and when the plate thickness t = 3.2 mm. Is 1.75 MPa or less, and when the plate thickness t = 4.5 mm, it is preferably 1.98 MPa or less. Similarly, as is clear from FIG. 16, when the rate of rust generation of 10% or less is 80% or more, when the plate thickness t = 2.3 mm, 1.13 MPa or less, and the plate thickness t = 3.2 mm. In this case, 1.47 MPa or less, and when the plate thickness t = 4.5 mm, 1.78 MPa or less is desirable. Therefore, it is considered desirable that the assist gas pressure is not too high.

次に、ノズルギャップを0.3mm〜1.2mmの範囲においてレーザ切断加工を行い、12週間暴露試験を行った結果は、図17〜図19に代表的な試験結果を示すとおりであった。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の変化に応じて適正な加工速度(F:10000mm/minなど)、アシストガス圧、ノズル径にて加工を行った。そして、図17〜図19に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図20に示すとおりであった。   Next, laser cutting was performed in a nozzle gap range of 0.3 mm to 1.2 mm, and an exposure test for 12 weeks was performed. The results are shown in FIGS. 17 to 19. The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and processing is performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.), assist gas pressure, and nozzle diameter according to the change in the plate thickness to be processed. It was Then, the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 17 to 19 and other results of the exposure test was shown in a graph as shown in FIG.

図20から明らかなように、錆の発生が10%以下の割合が60%以上になるには、板厚t=2.3mmにおいてのノズルギャップは0.90mm以下、板厚t=3.2mmにおいてのノズルギャップは1.11mm以下、そして、板厚t=4.5mmにおいてのノズルギャップは1.16mm以下である。同様に図20から明らかなように、錆の発生が10%以下の割合を80%以上とすると、板厚t=2.3mmの場合には0.33mm以下、板厚t=3.2mmの場合には、0.36mm以下、板厚t=4.5mmの場合には、0.50mm以下であることが望ましいものである。   As is clear from FIG. 20, in order to increase the rust generation rate of 10% or less to 60% or more, the nozzle gap at the plate thickness t = 2.3 mm is 0.90 mm or less, and the plate thickness t = 3.2 mm. The nozzle gap is 1.11 mm or less, and the nozzle gap at the plate thickness t = 4.5 mm is 1.16 mm or less. Similarly, as is clear from FIG. 20, when the rate of rust generation of 10% or less is 80% or more, when the plate thickness t = 2.3 mm, 0.33 mm or less and the plate thickness t = 3.2 mm are obtained. In the case, 0.36 mm or less is preferable, and when the plate thickness t = 4.5 mm, 0.50 mm or less is desirable.

したがって、ノズルギャップは、小さい方が望ましいものと考えられる。   Therefore, it is considered that a smaller nozzle gap is desirable.

次に、焦点位置を+2.0mm〜−2.0mm(+はワーク上面より上側、−はワーク上面より下側、ワーク上面は0.0mmである)の範囲においてレーザ切断加工を行い、12週間の暴露試験を行った結果は、図21〜図23に代表的な試験結果を示すとおりであった。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の化に応じて適正な加工速度(F:10000mm/minなど)、アシストガス圧、ノズル径にて加工を行った。そして、図21〜図23に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図24に示すとおりであった。   Next, laser cutting is performed in the range of the focus position of +2.0 mm to −2.0 mm (+ is above the work top surface, − is below the work top surface, and the work top surface is 0.0 mm) for 12 weeks. The results of the exposure test of No. 2 were as shown in the representative test results in FIGS. The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and processing is performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.), assist gas pressure, and nozzle diameter according to the plate thickness to be processed. It was Then, the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 21 to 23 and other results of the exposure test is shown in a graph as shown in FIG.

図24より明らかなように、板厚t=2.3mmにおいては、錆の発生が10%以下の割合が60%以上の場合の焦点位置は−1.6mm以上、板厚t=3.2mmの場合においての焦点位置は、−1.8mm以上、そして、板厚t=4.5mmの場合においての焦点位置は−2.0mm以上である。同様に図24から明らかなように、錆の発生が10%以下の割合を80%以上とすると、板厚t=2.3mmの場合には0.5mm以上、板厚t=3.2mmの場合には、0mm以上、板厚t=4.5mmの場合には、−0.5mm以上であることが望ましいものである。   As is clear from FIG. 24, at the plate thickness t = 2.3 mm, the focus position is −1.6 mm or more and the plate thickness t = 3.2 mm when the rust occurrence rate is 10% or less and 60% or more. In the case of, the focal position is -1.8 mm or more, and in the case of the plate thickness t = 4.5 mm, the focal position is -2.0 mm or more. Similarly, as is clear from FIG. 24, when the ratio of rust generation of 10% or less is 80% or more, when the plate thickness t = 2.3 mm, 0.5 mm or more and the plate thickness t = 3.2 mm are obtained. In the case, 0 mm or more, and when the plate thickness t = 4.5 mm, −0.5 mm or more is desirable.

ここで、焦点位置が+2.0mm,±0.0mm,−2.0mmの場合における切断溝と切断面に対するめっきの付着効果を模擬的に示すと、図25(A)〜図25(C)に示すようになる。図25(A)に示すように、焦点位置±0mm(図25(B)の場合)に対して焦点位置をワーク上面から上昇させた場合、ワークに照射されるビーム径が大きくなり、レーザエネルギー密度は小さくなる。よって、切断に必要な母材への入熱量を増やす必要があるため、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲が広くなる。このことは切断面を覆うのに十分なめっき成分が溶融することである。また、ビーム径が大きくなることで切断幅も大きくなるため、アシストガスが十分に切断面に流れ込むことができる。このことはワーク上面で溶融しためっき成分を切断面に十分に流動させることである。   Here, when the adhesion effect of plating on the cutting groove and the cutting surface when the focal position is +2.0 mm, ± 0.0 mm, and −2.0 mm is simulated, FIGS. 25 (A) to 25 (C). As shown in. As shown in FIG. 25 (A), when the focus position is raised from the top surface of the work with respect to the focus position ± 0 mm (in the case of FIG. 25 (B)), the beam diameter irradiated on the work becomes large and the laser energy is increased. The density becomes smaller. Therefore, it is necessary to increase the amount of heat input to the base material necessary for cutting, so that the range of melting of the plating component on the upper surface of the work is widened. This means that enough plating components will melt to cover the cut surface. Further, since the cutting width increases as the beam diameter increases, the assist gas can sufficiently flow into the cutting surface. This means that the plating component melted on the upper surface of the work is sufficiently flowed to the cut surface.

すなわち、切断面を覆うのに十分な溶融しためっき成分を確保し、なおかつ溶融しためっき成分を切断面に流し込むのに十分なアシストガスが流れるため、切断面を溶融しためっき成分で覆うことができ、十分な防錆効果が得ることができる。
図25(B)に示すように、レーザの焦点位置をワーク上面に合わせて加工した場合、図25(A)と比較して、レーザエネルギー密度は高くなり、母材への入熱量が減るため、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲が狭くなる。よって、切断面を覆うのに必要なめっき成分の溶融量を確保しづらくなる。また、ビーム径が小さくなることで切断幅も小さくなるため、アシストガスが切断面に流れ込みづらくなる。よって、ワーク上面で溶融しためっき成分を切断面に流動させづらくなる。
That is, it is possible to cover the cut surface with the molten plating component because sufficient assisted gas flows to secure the molten plating component to cover the cut surface and to pour the molten plating component into the cut surface. A sufficient anti-corrosion effect can be obtained.
As shown in FIG. 25 (B), when the laser focus position is aligned with the work top surface, the laser energy density is higher and the amount of heat input to the base material is smaller than in FIG. 25 (A). However, the melting range of the plating component on the upper surface of the work becomes narrow. Therefore, it becomes difficult to secure the melting amount of the plating component necessary to cover the cut surface. Further, since the beam width is reduced and the cutting width is also reduced, it becomes difficult for the assist gas to flow into the cutting surface. Therefore, it becomes difficult for the plating component melted on the upper surface of the work to flow to the cut surface.

すなわち、図25(A)と比較して、ワーク上面の溶融しためっき成分が減少し、かつアシストガスも切断面に流れづらくなるため、切断面に溶融したメッキ成分が回り込みづらくなり、溶融しためっき成分が切断面を覆いづらくなるため、防錆効果が低くなる。   That is, as compared with FIG. 25 (A), the molten plating component on the upper surface of the work is reduced, and the assist gas is also difficult to flow to the cut surface, so that the molten plating component is less likely to wrap around the cut surface and the molten plating is performed. Since it is difficult for the components to cover the cut surface, the rust preventive effect is low.

図25(C)に示すように、焦点位置±0mmに対して焦点位置をワーク上面から下降させた場合、図25(B)と比較して、レーザエネルギー密度は高くなり、母材への入熱量が減るため、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲が狭くなる。よって、切断面を覆うのに必要なめっき成分の溶融量を確保しづらくなる。また、ビーム径が小さくなることで切断幅も小さくなるため、アシストガスが十分に切断面に流れ込みづらくなる。よって、ワーク上面で溶融しためっき成分を切断面に十分に流動させづらくなる。   As shown in FIG. 25C, when the focus position is lowered from the top surface of the work with respect to the focus position ± 0 mm, the laser energy density becomes higher than that in FIG. Since the amount of heat is reduced, the melting range of the plating component on the upper surface of the work is narrowed. Therefore, it becomes difficult to secure the melting amount of the plating component necessary to cover the cut surface. In addition, since the cutting width becomes smaller as the beam diameter becomes smaller, it becomes difficult for the assist gas to sufficiently flow into the cutting surface. Therefore, it becomes difficult to sufficiently flow the plating component melted on the upper surface of the work to the cut surface.

すなわち、図25(B)と比較して、ワーク上面の溶融しためっき成分が減少し、かつアシストガスも切断面に流れづらくなるため、切断面に溶融したメッキ成分が回り込みづらくなり、切断面を溶融しためっき成分で十分に覆うことができないため、防錆効果がさらに低くなる。   That is, as compared with FIG. 25 (B), the molten plating component on the upper surface of the work is reduced, and the assist gas is less likely to flow to the cut surface, so that the molten plating component is less likely to flow around the cut surface and the cut surface Since it cannot be sufficiently covered with the molten plating component, the anticorrosive effect is further reduced.

したがって、防錆効果に対しては焦点位置は高目の方が望ましいものと考えられる。   Therefore, it is considered that a higher focus position is desirable for the rust prevention effect.

次に、加工速度を500mm/min〜12000mm/minの範囲においてレーザ切断加工を行い、12週間の暴露試験を行った結果は、図26〜図28に代表的な試験結果を示すとおりであった。そして、図26〜図28に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆の効果をグラフ化して示すと、図29に示すとおりである。   Next, laser cutting was performed at a processing speed in the range of 500 mm / min to 12000 mm / min, and an exposure test for 12 weeks was performed. The results are shown in FIGS. 26 to 28 as representative test results. .. Then, the rust-preventing effect of the results shown in FIGS. 26 to 28 and other exposure test results is shown in a graph as shown in FIG. 29.

図29から明らかなように、錆の発生が10%以下の割合が60%以上の割合になるのは、板厚t=2.3mmにおいては約8000mm/min以上である。また9000mm/minを越えると錆の発生が10%以下の割合が80%以上となる、しかし、10000mm/min以上になると、前記割合が次第に低下する。そして、11000mm/min以上になると、前記割合が80%以下に低下する。したがって、板厚t=2.3mmの場合は、8000mm/min〜12000mm/min以下の範囲で防錆効果が高く、更に9000mm/min〜11000mm/minの範囲がより望ましいものである。   As is clear from FIG. 29, the rate of occurrence of rust of 10% or less becomes 60% or more when the plate thickness t = 2.3 mm is about 8000 mm / min or more. If it exceeds 9000 mm / min, the rate of rust generation of 10% or less is 80% or more, but if it is 10,000 mm / min or more, the rate is gradually reduced. And when it becomes 11000 mm / min or more, the above ratio is reduced to 80% or less. Therefore, when the plate thickness t = 2.3 mm, the rust prevention effect is high in the range of 8000 mm / min to 12000 mm / min or less, and the range of 9000 mm / min to 11000 mm / min is more desirable.

また、板厚t=3.2mmにおいては、図29より明らかなように、3300mm/min〜9000mm/min以下の範囲で防錆効果が高く、更に4500mm/min〜7000mm/minの範囲がより望ましく、板厚t=4.5mmの場合には、700mm/min〜3300mm/min以下の範囲で防錆効果が高く、更に1800mm/min〜3300mm/minの範囲がより望ましいものである。なお、加工速度が大きくなると、ワークに対する入熱が減少して切断不可能になることがある。   Further, when the plate thickness t = 3.2 mm, as is clear from FIG. 29, the rust prevention effect is high in the range of 3300 mm / min to 9000 mm / min or less, and more preferably in the range of 4500 mm / min to 7000 mm / min. When the plate thickness t = 4.5 mm, the anticorrosive effect is high in the range of 700 mm / min to 3300 mm / min or less, and the range of 1800 mm / min to 3300 mm / min is more desirable. In addition, when the processing speed is increased, the heat input to the work may be decreased and the cutting may not be possible.

図2に示すように、レーザ加工装置1における前記制御装置35はコンピュータから構成して、前記ワークWに対するレーザ加工ヘッド5の相対的な移動位置決めの制御を行う機能、前記レーザ発振器11におけるレーザ出力の制御及び前記レーザ加工ヘッド5に対する圧力ガスの供給圧力を制御する機能を有する。   As shown in FIG. 2, the control device 35 in the laser processing apparatus 1 is composed of a computer, and has a function of controlling relative movement and positioning of the laser processing head 5 with respect to the work W, and a laser output in the laser oscillator 11. And controlling the supply pressure of the pressure gas to the laser processing head 5.

前記制御装置35は、前記ワークWのレーザ加工を行うための加工プログラムを記憶した加工プログラム記憶部37を備えている。さらに、制御装置35はワークWのレーザ加工を行う際の各種のパラメータを格納したパラメータ記憶部39を備えている。また、前記制御装置35は、例えばレーザ加工位置の画面等を表示するデータを記憶した画面表示データ記憶部41を備えている。   The control device 35 includes a machining program storage unit 37 that stores a machining program for performing the laser machining of the work W. Further, the control device 35 includes a parameter storage unit 39 that stores various parameters when performing laser processing of the work W. Further, the control device 35 includes a screen display data storage unit 41 that stores data for displaying a screen of a laser processing position, for example.

前記制御装置35には、表示部43が接続してある。この表示部43は、制御装置35に備えた画面処理部45と接続してある。さらに、前記制御装置35には入力制御部47が備えられている。この入力制御部47には入力部49が接続してある。この入力部49は、前述した試験結果、プログラムの変更、加工条件の変更、各軸の手動動作等の必要なデータの入力を行うものである。   A display unit 43 is connected to the control device 35. The display unit 43 is connected to the screen processing unit 45 included in the control device 35. Further, the control device 35 is provided with an input control unit 47. An input section 49 is connected to the input control section 47. The input unit 49 is for inputting necessary data such as the above-mentioned test result, program change, machining condition change, and manual operation of each axis.

前記制御装置35には、ワークWのレーザ切断加工を行った際の加工条件を格納した加工条件記憶部51が備えられている。この加工条件記憶部51には、ビームプロファイル(集光径、レイリー長)、加工速度、ノズル径、アシストガス種、アシストガス圧、ノズルギャップ、焦点位置などの加工条件が板厚や材質毎にまた加工条件番号毎に複数記憶されている。   The control device 35 is provided with a processing condition storage unit 51 that stores processing conditions when the laser cutting processing of the work W is performed. In the processing condition storage unit 51, processing conditions such as beam profile (focus diameter, Rayleigh length), processing speed, nozzle diameter, assist gas type, assist gas pressure, nozzle gap, and focus position are set for each plate thickness and material. Further, a plurality is stored for each processing condition number.

加工を行う際は加工プログラム記憶部37に記憶されている所望の加工プログラムを呼び出し実行されると、加工プログラムに記載の板厚、材質および加工条件番号から加工条件記憶部51に記憶された加工条件の中から、所定の板厚、材質、加工条件番号に対応する加工条件が選択される。   When a desired machining program stored in the machining program storage unit 37 is called and executed during machining, the machining stored in the machining condition storage unit 51 from the plate thickness, material and machining condition number described in the machining program. A processing condition corresponding to a predetermined plate thickness, material and processing condition number is selected from the conditions.

選択された加工条件のビームプロファイルに基づき制御装置35はCFレンズ(コリメーションレンズ)15のアクチュエータ17を制御、あるいはAOミラー21の加圧手段21Aを制御することにより所望のビームプロファイル(集光径、レイリー長)に調節する。   Based on the beam profile of the selected processing conditions, the control device 35 controls the actuator 17 of the CF lens (collimation lens) 15 or the pressurizing means 21A of the AO mirror 21 to obtain a desired beam profile (condensing diameter, Rayleigh length).

また制御装置35は選択された加工条件の加工速度に基づきXY軸を制御し所望の加工速度を調整する。   Further, the control device 35 controls the XY axes based on the processing speed of the selected processing condition to adjust the desired processing speed.

同様に制御装置は選択された加工条件のノズルギャップや焦点位置に基づきZ軸を制御することによりノズルギャップや焦点位置を調整し、また選択された加工条件のアシストガス種やアシストガス圧やアシストガスの濃度に基づきアシストガス供給装置25を制御することによりに所望のアシストガス種やアシストガス圧やアシストガスの濃度などに調整することができる。   Similarly, the control device adjusts the nozzle gap and the focus position by controlling the Z axis based on the nozzle gap and the focus position of the selected processing condition, and the assist gas type, assist gas pressure, and assist gas of the selected processing condition. By controlling the assist gas supply device 25 based on the gas concentration, it is possible to adjust to a desired assist gas species, assist gas pressure, assist gas concentration, and the like.

また制御装置は選択された加工条件のノズル径に基づき図示しないノズル交換装置を制御することにより所望のノズルに交換選択することができる。   Further, the control device can replace and select a desired nozzle by controlling a nozzle replacing device (not shown) based on the nozzle diameter of the selected processing condition.

よって、加工プログラムに基づき制御装置35の制御により、所望の加工条件でワークをレーザ切断加工ができる。   Therefore, the workpiece can be laser-cut under the desired processing conditions under the control of the control device 35 based on the processing program.

さらに、加工条件記憶部51に記憶された加工条件ファイル53には溶融亜鉛めっき鋼板用の防錆期間に対応した加工条件のデータファイル55が記憶されている。この溶融亜鉛めっき鋼板用の防錆期間に対応した加工条件は板厚と所望の防錆期間に対応した各加工条件が記憶されている。各加工条件はビームプロファイル(集光径、レイリー長)、加工速度、ノズル径、アシストガス種、アシストガス圧、ノズルギャップ、焦点位置などである。   Further, the processing condition file 53 stored in the processing condition storage unit 51 stores a processing condition data file 55 corresponding to the rust prevention period for the hot-dip galvanized steel sheet. As the processing conditions corresponding to the rust prevention period for this hot-dip galvanized steel sheet, each processing condition corresponding to the plate thickness and the desired rust prevention period is stored. Each processing condition includes a beam profile (focused diameter, Rayleigh length), processing speed, nozzle diameter, assist gas type, assist gas pressure, nozzle gap, focus position, and the like.

よって加工プログラムに材質が溶融亜鉛めっき鋼板で、板厚と所望の防錆期間を指定しておくと、制御装置は記憶された、溶融亜鉛めっき鋼板、板厚と所望の防錆期間に基づき、加工条件ファイルから所望の防錆期間に対応できる加工条件を選択し、加工機を制御することで所望の防錆期間を得ることができるワークを加工することができる。   Therefore, if the material is hot-dip galvanized steel sheet in the processing program and the plate thickness and the desired rust prevention period are specified, the control device stores the hot-dip galvanized steel plate, the plate thickness and the desired rust prevention period, By selecting a processing condition that can correspond to a desired rust prevention period from the processing condition file and controlling the processing machine, it is possible to process a workpiece that can obtain the desired rust prevention period.

ところで、各データファイル55には、1つの板厚と1つの防錆期間とを対応して関連付けした加工条件が格納されている。しかし、加工条件の幅を持たせるために、例えば、複数の加工速度、複数種のガス圧等を選択可能に格納しておくことも可能である。   By the way, each data file 55 stores processing conditions in which one plate thickness and one rust prevention period are associated and associated with each other. However, in order to have a wide range of processing conditions, for example, it is possible to store a plurality of processing speeds, a plurality of types of gas pressures, etc. so that they can be selected.

なお、この加工条件ファイルは予め記憶装置に記憶しておく。この記憶させる作業は各板厚毎に加工条件を変えながら加工を行って、各加工をしたワークを暴露試験を行い防錆期間毎に対応する加工条件を確認した結果に基づき加工条件ファイルに加工条件を記憶しておくことになる。   The processing condition file is stored in the storage device in advance. This memorizing work is performed by changing the processing conditions for each plate thickness, performing the exposure test on each processed work, and processing the processing conditions file based on the result of checking the corresponding processing conditions for each rust prevention period. The conditions will be memorized.

なお、加工プログラムには材質と板厚と防錆期間を指定せず、板厚と材質のみを指定し、作業者が加工をする際に加工プログラムを選択するときに所望の防錆期間を制御装置の入力手段から入力し、その入力された防錆期間から加工条件ファイルの所望の加工条件を選択しても良い。   In addition, do not specify the material, plate thickness, and rust prevention period in the processing program, specify only the plate thickness and material, and control the desired rust prevention period when the operator selects the processing program when processing. It is also possible to input from the input means of the apparatus and select a desired processing condition in the processing condition file from the input rust prevention period.

ところで、前記レーザ加工ヘッド5の構成としては、図30に示すごとき構成とすることが望ましい。すなわち、レーザ加工ヘッド5は、めっき鋼板Wのレーザ加工部LWへアシストガスAGを噴出するノズルNZを備え、上記ノズルNZから噴出されたアシストガスAGによって溶融金属を吹き飛ばして形成された切断面CFへ、めっき鋼板の上面において溶融された状態のめっき層含有金属WMを導くための補助ガスSGを噴出する補助ガスノズルSNを備えている。そして、前記補助ガスノズルSNは、レーザ切断加工によって形成される切断溝CGの幅よりも大きな範囲でもってレーザ切断加工後の切断溝に補助ガスSGを噴出する構成である。   By the way, it is desirable that the laser processing head 5 has a configuration as shown in FIG. That is, the laser processing head 5 includes a nozzle NZ that ejects the assist gas AG to the laser processing portion LW of the plated steel plate W, and a cut surface CF formed by blowing the molten metal by the assist gas AG ejected from the nozzle NZ. An auxiliary gas nozzle SN for ejecting an auxiliary gas SG for guiding the plating layer-containing metal WM in a molten state on the upper surface of the plated steel sheet is provided. Further, the auxiliary gas nozzle SN is configured to eject the auxiliary gas SG into the cutting groove after the laser cutting process in a range larger than the width of the cutting groove CG formed by the laser cutting process.

したがって、めっき鋼板Wのレーザ切断加工時に、切断溝CGの上縁において溶融された状態のめっき層含有金属の一部は切断溝CG内に誘導されて、切断面CFを効果的に被覆することになるものである。   Therefore, during laser cutting of the plated steel sheet W, a part of the metal containing the plating layer in the molten state at the upper edge of the cutting groove CG is guided into the cutting groove CG to effectively cover the cutting surface CF. It will be.

本件発明では、アシストガスを窒素としたが、窒素ガス96%以上、酸素ガス4%以下の混合ガスとしても良い。   Although the assist gas is nitrogen in the present invention, a mixed gas of 96% or more nitrogen gas and 4% or less oxygen gas may be used.

また、本件発明のめっき鋼板の切断加工におけるレーザビームの品質(BPP)は0.34mm・mrad〜20mm・mradのレーザによるものである。   Further, the quality (BPP) of the laser beam in the cutting process of the plated steel sheet of the present invention is due to the laser of 0.34 mm · mrad to 20 mm · mrad.

1 レーザ加工装置
3 ワークテーブル
5 レーザ加工ヘッド
11 レーザ発振器
23 ノズル
33 圧力調整弁
35 制御装置
51 加工条件記憶部
1 Laser Processing Device 3 Work Table 5 Laser Processing Head 11 Laser Oscillator 23 Nozzle 33 Pressure Adjustment Valve 35 Control Device 51 Processing Condition Storage Unit

Claims (2)

めっき鋼板のレーザ切断加工方法であって、波長が1μm帯のレーザ光を、めっき鋼板の上面へ照射してレーザ切断加工を行う際、レーザ光の照射によって溶融及び/又は蒸発された上面のめっき層含有金属を、レーザ切断加工部へ噴出されるアシストガス又は補助ガスによって、めっき鋼板の切断面へ流動して、前記切断面にめっき層含有金属を被覆するために、前記レーザ光は、集光径が0.142mm〜0.206mmの範囲で、レイリー長が1.443mm〜3.228mmの範囲のビームプロファイルのレーザ光であることを特徴とするめっき鋼板のレーザ切断加工方法。   A laser cutting method for a plated steel sheet, which comprises irradiating a laser beam having a wavelength of 1 μm on the upper surface of the plated steel sheet to perform laser cutting, and plating the upper surface melted and / or evaporated by the irradiation of the laser beam. The layer-containing metal is flown to the cut surface of the plated steel sheet by the assist gas or the auxiliary gas jetted to the laser cutting processing part, and the laser light is collected to coat the cut surface with the plating layer-containing metal. A laser cutting method for a plated steel sheet, which is a laser beam having a beam profile with a light diameter in the range of 0.142 mm to 0.206 mm and a Rayleigh length in the range of 1.443 mm to 3.228 mm. 請求項1に記載のめっき鋼板のレーザ切断加工方法において、前記めっき鋼板の板厚は、2.3mm〜4.5mmであることを特徴とするめっき鋼板のレーザ切断加工方法。
The laser cutting method for a plated steel sheet according to claim 1, wherein the plate thickness of the plated steel sheet is 2.3 mm to 4.5 mm.
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WO2023286265A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-19 三菱電機株式会社 Laser processing device and laser processing method

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